Bajo la superficie de Dakota del Sur (EE.UU.), equipos de excavación trabajan sin descanso para crear una red de cavernas y galerías subterráneas que dará lugar a la instalación científica Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF). Con casi 400.000 toneladas de roca extraídas del subsuelo, los trabajos de excavación ya han completado la mitad de sus objetivos y ahora comienzan su segunda fase.
Una vez terminada, la LBNF albergará el gran experimento internacional DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). DUNE se centrará en el estudio de los neutrinos, partículas escurridizas que pueden dar respuesta a muchos de los misterios del universo, como por ejemplo, por qué existe la materia y por qué nuestro universo está hecho de materia o cómo nacen los agujeros negros y las estrellas de neutrones. Cuando esté acabado, LBNF/DUNE será el mayor experimento construido en Estados Unidos para estudiar las propiedades de los neutrinos. Unos mil científicos e ingenieros de 30 países, entre ellos España, forman parte de este experimento.
La instalación científica LBNF proporcionará el espacio, la infraestructura y el haz de partículas para DUNE, operado por el Laboratorio Nacional Fermi (Fermilab). La instalación incluirá cavernas subterráneas para dos detectores diferentes: un detector cercano situado en Fermilab, a unos 50 km al oeste de Chicago, y un detector lejano situado en el Sanford Underground Research Facility (SURF) de Dakota del Sur.
La zona subterránea bajo SURF constará de tres grandes cavernas. Dos de ellas medirán unos 150 metros de largo, 20 de ancho y 30 de alto. En ellas se instalarán cuatro módulos detectores, cada uno de ellos relleno de 17.000 toneladas de argón líquido. La tercera caverna tendrá unos 190 metros de largo, 20 de ancho y 11 de alto, y contendrá los sistemas criogénicos de apoyo, la electrónica de los detectores y los equipos de adquisición de datos.
Para construir estas cavernas, se han de excavar y sacar a la superficie 800.000 toneladas de roca, aproximademente. Los equipos de excavación, que comenzaron a trabajar bajo SURF en 2021, ya han conseguido extraer la mitad, unas 400.000 toneladas. Una vez terminada la excavación, la zona subterránea que comprende las tres cavernas ocupará aproximadamente el tamaño de ocho campos de fútbol.
En esta primera mitad del trabajo de excavación, los equipos de construcción han alcanzado un hito importante: la finalización de la pared superior, en forma de cúpula, de cada una de las cavernas. Esto prepara el terreno para la siguiente fase de la excavación, que ya ha comenzado y que consiste en perforar hacia abajo, partiendo de las cúpulas, para completar las cavernas.
La segunda fase de la excavación está ahora en pleno desarrollo y se espera que esté terminada en 2024. Según Michael Gemelli, project manager de LBNF Far-Site Conventional Facilities, esta segunda fase de la excavación será mucho más rápida que la primera. "La parte más difícil de este proyecto ya ha terminado", celebra Gemelli. "Pero aún nos queda mucho por hacer".
Los equipos de excavación también crearán suelos de hormigón en la base de las cavernas y en todas las galerías interconectadas. Una vez terminada esta tarea, sacarán la maquinaria de construcción de los túneles subterráneos, un proceso que requerirá primero dividir el equipo en piezas más pequeñas y luego enviar los componentes a la superficie a través de un pozo.
Sobre DUNE
El experimento DUNE, que estará operativo a final de década, está siendo diseñado por una colaboración internacional para medir de manera precisa las oscilaciones de neutrinos y con el objetivo de tener sensibilidad a la hora de detectar neutrinos de baja energía provenientes de diferentes fuentes astrofísicas, como las supernovas. Además, DUNE prevé llevar a cabo búsquedas de física más allá del Modelo Estándar.
DUNE estudiará las oscilaciones de un haz de neutrinos muónicos producidos en Fermilab, Illinois (EE.UU.), y detectados a 1300 km en el Sanford Underground Research Facility (SURF), situado en Dakota del Sur (EE.UU.) a 1,5 km bajo tierra. Para ello, contará con dos detectores de neutrinos: el detector cercano, en Fermilab, se encargará de realizar una caracterización precisa del haz de neutrinos cerca de la fuente y el detector lejano, en SURF, estará compuesto por cuatro cámaras de proyección temporal de argón líquido (LArTPCs) de 17 kilotoneladas cada una.
Cuando los neutrinos interaccionan en las LArTPCs, producen partículas cargadas cuyo paso a través del argón líquido genera dos efectos en sus átomos: su ionización, liberando electrones que son guiados por un campo eléctrico y recogidos por un ánodo consiguiendo una reconstrucción del evento con una resolución espacial de mm; y la producción de fotones de centelleo en el rango del ultravioleta, que son captados por un sistema de fotodetección que aporta información temporal precisa del evento.
